The three-dimensional finite element modeling of a composite rotor blade is very hard and requires much computation effort. The efficient method to model a composite beam is necessary for the dynamic and aeroelastic analyses of rotor blades. In this study, the beam modeling method of a composite rotor blade is studied using VABS. The computer program, VABS (Variational Asymptotic Beam Section Analysis), uses the variational asymptotic method to split a 3-D nonlinear elasticity problem into 2-D cross-sectional analysis and 1-D nonlinear beam problem. The VABS can produce the sectional stiffness coefficients of composite rotor blades with various cross section and initial twist/curvatures, and recover the original 3-D distribution of displacement/strain/stress fields. The results of various cross section beams show that VABS gives us the accurate results comparared to commercial codes and does not need much computation effort. It can be concluded that VABS provides the efficient method to establish the FE model of a composite rotor blade.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.1
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pp.54-62
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2017
The Savonius wind turbine has a lower performance than other types of wind turbines which may attract more study focus on this turbine. This study aimed to improve wind turbine performance by combining a conventional blade with an elliptical blade into a combined blade rotor. The analysis was performed on three blade models in computational fluid dynamics (CFD) using ANSYS_Fluent Release 14.5. Then the results were verified experimentally using an open wind tunnel system. The results of the numerical simulation were similar to the experimental and showed that the combined blade rotor has better dragging flow and overlap flow than the conventional and elliptical blade. Experimental verification showed that the combined blade was to increase the maximum coefficient of power ($Cp_{max.}$) by 11% of the conventional blade and to 5.5% of the elliptical blade.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.5
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pp.513-520
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2014
An unmanned aerial vehicle (UAV) should be designed to be as small and lightweight as possible to optimize the efficiency of changing the blade shape to enhance the aerodynamic performance, such as the thrust and power. In this study, a computational fluid dynamics (CFD) simulation of an unmanned multi-rotor aerial vehicle in hover mode was performed to explore the thrust performance in terms of the blade rotational speed and blade shape parameters (i.e., taper ratio and twist angle). The commercial ADINA-CFD program was used to generate the CFD data, and the results were compared with those obtained from blade element theory (BET). The results showed that changes in the blade shape clearly affect the aerodynamic thrust of a UAV rotor blade.
A small mixed-type turbine with a diameter of 19.9 mm has been substituted for a rotational part of pencil-type air tool. Usually, a vane-type rotor is applied to the rotational part of the air tool. However, the vane-type rotor has some problems, such as friction, abrasion, and necessity of accurate assembly etc.,. These problems make the life time of the vane-type air tool short, but air tools operated by mixed-type turbines are free of friction and abrasion because the turbine rotor dose not contact with the casing. Moreover, it is assembled easily because of no axis offset. These characteristics are merits for using air tools, but loss of power is inevitable on a non-contacting type rotor due to flow loss, tip clearance loss, and profile loss etc.,. In this study, four different rotors are tested, and their characteristics are investigated by measuring the specific output power. Additionally, optimum nozzle location against the rotor is studied. Output powers are obtained through measured pressure, temperature, torque, rotational speed, and flow rate. The experimental results obtained with four different rotors show that the rotor blade shape greatly influences to the performance, and the optimum nozzle location exists near the mid span of the rotor.
Son Choong-Yul;Kim Keon-Hoon;Shin Jong-Yeon;Lee Jung-Tak
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.575-582
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2005
Wind Turbines of big scale of modem stage are made of a part glass F.R.P. Carbon Reinforced Plastic and Kevlar can be used 0 reinforcement but those are not economical in big scale of Wind Turbines. In this study life sized 10kW-class Rotor Blade is made of F.R.P. which is high stiffness and good dynamic behavior characteristic for light weight. It is accomplished an experimental research of Bending analysis blade. Bending analysis blade are calculated with F.E. Analysis performed with commercial F.E.M program ANSYS. Finally, experimental research is compared with F.E. Analysis. The results indicate that experimental values have good agreements with the F.E. Analysis.
Shape optimization of a transonic axial compressor rotor operating at the design flow condition has been performed using three-dimensional Navier-Stokes analysis and three different surrogate models: i.e.., Response Surface Method(RSM), Kriging Method, and Radial Basis Function(RBF). Three design variables of blade sweep, lean and skew are introduced to optimize the three-dimensional stacking line of the rotor blade. The object function of the shape optimization is selected as an adiabatic efficiency. Throughout the shape optimization of the rotor blade, the adiabatic efficiency is increased for the three different surrogate models. Detailed flow characteristics at the optimal blade shape obtained by different optimization method are drawn and discussed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.1
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pp.1-9
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2014
The present study was conducted by using fast-responding PSP technique to measure the surface pressure on a small-scale rotor blade in hover. Also, the study was performed to verify the accuracy and investigate its possibility of PSP application for rotor blade pressure measurement. Pulsed laser which has 532 nm wavelength was used as a light source. Lifetime measurement technique was applied. Also, the coated paint on a rotor blade was porous PSP which has faster response time than conventional PSP. The blades had NACA0012 airfoils. The length of rotor blade was 340 mm and chord was 40 mm with rectangular shape 1 set, and 4 sets had several tip sweepback angles. The measured results qualitatively showed that the upper surface pressure decreases with increasing the collective pitch angle. Quantitative pressure coefficients of PSP results were higher approximately 0.4 to 0.7 than the pressure tap data of the NASA experiment.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.7
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pp.539-547
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2021
Helicopter rotor blade is required to be designed by considering the interacting effects among aerodynamics, flexibility, and controllability. The reverse design allows the structural components to have common characteristics by using the configuration numerics and experimental results. This paper aims to design the composite rotor blade which will feature common characteristics with that of BO-105. The present engineering design procedure is done by dividing the rotor blade into a few sections and composite laminates across the cross section. For each section, variational asymptotic beam sectional analysis (VABS) program is used to evaluate its flapwise, lagwise, and torsion stiffnesses to have discrepancy smaller than certain tolerance. Finally, CAMRAD II is used to predict the stress acting on the rotor blade during the specific flight condition and to check whether the present deign is structurally valid.
It is known that tip clearance flows reduce the pressure rin, flow range and efficiency of the turbomachinery. So, the clear understanding about flow fields in the tip region is needed to efficiently design the turbomachinery. The Navier-Stokes code with the proper treatment of the boundary conditions has been developed to analyze the three-dimensional steady viscous flow fields in the transonic rotating blades and a numerical study has been conducted to investigate the detail flow physics in the tip region of transonic rotor, NASA Rotor 67. The computational results in the tip region of transonic rotors show the leakage vortices, leakage flow from pressure side to suction side and their interaction with a shock Depending on the operating conditions, the position of shock-wave on the blade surface are v8y different close to the blade tip of the transonic compressor rotor. The shock-wave position dose to the blade tip had the dose relationship with the starting position of leakage vortex and the direction of leakage flow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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